CN102818260A

CN102818260A - 20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉

Info

Publication number: CN102818260A
Application number: CN2012103318233A
Authority: CN
Inventors: 何宏舟; 赵龙飞
Original assignee: Jimei University
Current assignee: Jimei University
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2012-12-12

Abstract

本发明公开了一种20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，主要特点：（1）在炉膛密相区上部或/和稀相区中部敷设了卫燃带；（2）二次风由两组或两组以上喷嘴送入，每组喷嘴有四个，分别布置于炉膛四角，二次风采用同一水平面切圆布置或错层切圆布置；（3）炉膛燃烧室为瘦高型结构。按此技术方案设计出的循环流化床锅炉能较好的适应福建无烟煤的燃烧，确保福建无烟煤能稳定着火，有较高的燃尽率。本发明的技术实现简单，该类中小型锅炉可广泛应用于需要蒸汽供热的化工、造纸、印染、食品等行业。

Description

20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉

技术领域

本发明属于锅炉燃烧技术领域，具体涉及一种20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉。

背景技术

福建省的主要能源资源是煤炭，已探明的煤炭储量约15亿吨，其中无烟煤占98.3%。福建无烟煤有着独特的燃烧性质，主要体现在：（1）挥发分极低（Var<4%）；（2）着火点温度高，一般在600℃左右；（3）碳化程度高，燃烧时间长，不易燃尽；（4）灰熔点较低，易结焦；（5）煤种细粉含量大，粒径小于1.0mm粒子重量百分比为47%以上；另外，由于福建无烟煤煤质脆易爆裂，煤粒在挥发份析出阶段热爆和燃烧过程磨损也会产生大量细粉。福建无烟煤的这些特点使得它很难在煤粉炉中燃烧，以前基本是采用链条炉和沸腾炉燃烧，但它在链条炉和沸腾炉中的燃烧效率也普遍不高。循环流化床锅炉以其物料流态化循环燃烧的特点,使燃料颗粒在炉内高温区的滞留时间可以大大增加直至燃尽,因此燃烧效率显著提高,目前已成为燃烧福建无烟煤的首选炉型。

燃烧科学理论告诉我们，影响燃料燃烧有3个主要因素，即所谓的“3T”原则：温度（Temperature）、时间(Time)、扰动(Turbulent)；大型循环流化床锅炉因其较高的炉膛高度，强烈的扰动、合适的流化速度和炉膛燃烧温度等特点在燃烧福建无烟煤时效果较好，飞灰含碳量较低，燃烧效率较高。但中小型循环流化床锅炉特别是35t/h及以下的锅炉（容量10-35t/h，即本案所谓的20t/h级CFB锅炉）在燃烧福建无烟煤时的效果却不尽如人意，反映在其飞灰含碳量普遍偏高，燃烧效率和热效率偏低，目前福建省在用容量为15-35t/h的循环流化床锅炉大多热效率≤70%，飞灰含碳量≥30%，其主要原因是炉膛燃烧温度及煤颗粒停留时间设计不合理，具体反映在炉膛高度不够、蒸发受热面布置不合理等。

针对福建无烟煤特殊的燃烧特性，设计开发一款高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，对于提高福建省能源资源的利用效率，加大福建无烟煤的开发利用，降低本地企业对省外烟煤的依赖，减缓煤炭交通运输压力，提高锅炉效率，降低企业的燃料成本等具有重要意义。另外，由于福建无烟煤的典型性，本发明的循环流化床锅炉技术对于燃烧南方八省其它地区的无烟煤也具有重要的借鉴价值！

发明内容

本发明的目的在于提供一种20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，该锅炉可解决小型循环流化床锅炉燃烧福建无烟煤燃烧效率偏低的问题，实现福建无烟煤的高效利用，降低企业的动力成本及污染物控制成本，节能减排。该锅炉发明可广泛应用于造纸、印染、化工、食品等使用中小型工业锅炉作为热源的行业。

为实现上述发明目的，本发明的技术解决方案是：

本发明是一种20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，它包括炉膛、两个旋风分离器、返料器、烟道；所述的炉膛由膜式水冷壁和布风板围合而成，水冷壁由水冷壁管形成的前后墙和侧墙及顶棚管组成，水冷壁下部设有一、二次风口，二次风风口处设有喷嘴，炉膛上部设置有炉膛烟气出口；所述的两个旋风分离器与炉膛烟气出口相连接；所述的返料器与旋风分离器固体颗粒出口和炉膛下部分别相连接；旋风分离器烟气出口连接S型烟道，S型烟道连接尾部烟道，其特征在于：在炉膛内壁敷设了卫燃带；所述的用于送入二次风的喷嘴由两组或两组以上喷嘴组成，每组喷嘴有四个，分别布置于炉膛四角，喷嘴采用同一水平面切圆布置或错层切圆布置；炉膛燃烧室为瘦高型结构。

所述的卫燃带敷设于炉膛密相区上部或稀相区中部，敷设高度为2-3m。

所述的卫燃带敷设于炉膛密相区上部和稀相区中部，敷设高度为2-3m。

所述的同组四角布置的四个喷嘴可设置在同一炉膛水平截面上，或错开设置在不同水平截面上，同一组喷嘴的中心线在同一炉膛水平截面内的投影应形成一个水平的切圆，且同组二次风喷嘴喷出的二次风在俯视图上为一切圆结构。

所述的炉膛燃烧室为瘦高型结构，其比同容量、燃烧热值相近的烟煤的循环流化床锅炉高3－5m。

采用上述方案后，本发明具有以下几大特点：

一、在炉膛密相区上部或稀相区中部敷设卫燃带具有以下优点：（1）在炉膛密相区上部敷设卫燃带可使燃料入口附近保持较高的温度，有利于煤颗粒迅速稳定着火，更重要的是，温度升高会使密相区燃烧份额增加，产生足够多的热量，由烟气、循环灰带入稀相区，提高稀相区的燃烧温度；（2）在稀相区中部敷设卫燃带，一方面有利于提高稀相区燃烧温度，进而提高无烟煤颗粒的燃烬率；另一方面，稀相区吸热面因受屏蔽而减少，其减少的蒸发受热面必然要通过提升炉膛的高度来补偿，而炉膛高度的提升则有利于延长细煤焦颗粒在燃烧室的停留时间，有利于细煤焦颗粒的燃尽；（3）两区域均敷设卫燃带，可提高炉膛整体的温度，并使炉膛温度沿炉高分布更加均匀，提高煤颗粒的燃烧速率，进而提高煤颗粒的燃尽率。

二、二次风喷嘴采用切圆布置，能够增强二次风的扰动能力，可有效地延长飞灰颗粒在炉膛内的停留时间，也有利于增加炉膛上部稀相区中心区域的氧浓度及颗粒浓度，从而使煤颗粒尽可能的燃尽，提高燃烧效率。

三、锅炉设计中选用的瘦高型燃烧室，比同容量、燃烧热值相近的烟煤的循环流化床锅炉高3－5m，锅炉炉膛燃烧室高度的提升，延长了细煤焦颗粒的一次停留时间，有效地提高了细粉含量较高的福建无烟煤的燃尽率。

四、炉膛燃烧温度控制在950～1000℃之间，可提高煤颗粒的燃烧速率，降低其燃尽所需时间，有利于提高煤粉颗粒燃尽率，同时，在此温度范围内，炉膛不易结渣。

综上所述，本发明的优点是：针对福建无烟煤的燃烧特性，采用炉膛内壁敷设卫燃带，二次风喷嘴切圆布置的技术方案，提高了炉膛温度，延长了煤颗粒在炉膛内高温区的停留时间，实现了小型循环流化床锅炉燃烧燃烧福建无烟煤稳定着火和高效燃尽的目标，且技术简单可靠，便于锅炉的批量生产与广泛应用。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明20t/h高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉示意图；

图2是本发明同组二次风喷口的布置第一个实施例的正视示意图；

图3是图2沿A-A线的剖视图；

图4是图2沿B-B线的剖视图；

图5是本发明同组二次风喷口的布置第二个实施例的正视示意图；

图6是图5沿A-A线的剖视图；

图7是本发明同组二次风喷口的布置第三个实施例的正视示意图；

图8是图7沿A-A线的剖视图；

图9是本发明的切圆燃烧俯视示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明是一种20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，它包括膜式水冷壁炉膛1、绝热旋风分离器15、返料系统12、上锅筒17、下锅筒20、S型烟道18和竖井烟道19。

所述膜式水冷壁炉膛1密相区上部敷设高约2m的卫燃带31，稀相区中部敷设高约2m的卫燃带32使炉膛维持较高的温度，本发明也可只在在炉膛1密相区上部敷设卫燃带31或只在稀相区中部敷设卫燃带32。炉膛出口2与所述绝热旋风分离器15侧口相接，其上部中心出口筒16与S型烟道18相通，S型烟道18出口连接竖井烟道19；所述绝热旋风分离器分离器15下部立管14通过U型回料器13与返料系统12相接；膜式水冷壁炉膛1内下部为倒梯形燃烧室7；所述返料系统12与流化床燃烧室7相通；位于流化床燃烧室7底部的水冷式布风板9，其上设有钟罩式风帽，其下连有一次风室10和排渣口11；二次风口采用双层布置，在布风板上方炉体截面的四角上布置下二次风喷口5，上二次风喷口4；所述S型烟道18内布置有对流管束，所述竖井烟道19内依次布置省煤器、空气预热器。

本发明的炉膛1燃烧室采用瘦高型结构，从而提高循环流化床锅炉对福建无烟煤的适应性。

本发明的上二次风与下二次风均由一组喷嘴30送入，每组喷嘴30有四个，分别布置于炉膛1四角。同组四角布置的四个喷嘴30可设置在同一炉膛1水平截面，也可设置在不同水平截面上，但同一组喷嘴30的中心线在同一炉膛1水平截面内的投影应形成一个水平的切圆，且同组二次风喷嘴30喷出的二次风在俯视图上为一切圆结构。满足上述二次风喷嘴30布置要求的方案有多种，下面三例为常用的布置方式。

如图2、图3、图4、图9所示，同组的4个喷嘴30分别设置在炉膛1四角，对角布置的喷嘴b与喷嘴d位于同一水平截面上，喷嘴c位于该平面下，喷嘴a位于该平面上，同组喷嘴的中心线在同一炉膛1水平截面内的投影形成一个水平的切圆Y。

如图5、图6、图9所示, 同组的四个喷嘴30分别设置在炉膛1水平截面的四角，四个喷嘴a1、b1、c1、d1位于同一水平截面上，同组喷嘴的中心线在炉膛1水平截面内形成一个水平的切圆Y。

如图7、图8、图9所示,同组的4个喷嘴30分别设置在炉膛四角，对角布置的喷嘴a2与喷嘴c2位于同一水平截面上，对角布置的喷嘴b2与d2位于同一水平截面上，两水平面存在一高度差，同组喷嘴的中心线在同一炉膛1水平截面内的投影形成一个水平的切圆Y。

本发明的工作原理：

烟气的走向：流化床燃烧室1所需的一次风从左右两侧风道引入一次风室10，一次风通过水冷式布风板9上布置的钟罩式风帽均匀进入膜式水冷壁炉膛1流化床料；二次风通过分布在炉膛前后墙上的二次风进口4和5，送入膜式水冷壁炉膛1的中下部空间, 无烟煤由滑差变速电机带动螺旋给煤机正压沿着进煤口8送至炉膛下部，在距布风板9一定高度被点燃，燃烧后的烟气经炉膛上部出口2 进入绝热旋风分离器15，旋风分离器将烟气夹带的一部分物料分离下来，通过返料系统12返回炉膛循环再燃；分离后的烟气经中心出口筒16、S型烟道18和竖井烟道19排出锅炉；无烟煤燃烧后的底渣从炉膛底部排渣管10排出，飞灰流经S型烟道18从竖井烟道19 排出；S型烟道18布置有对流管束，竖井烟道19 依次布置有省煤器、空气预热器。

汽水的走向：锅炉的给水经过水平布置的光管式省煤器加热后由吊挂管进入上锅筒17。上锅筒17 内的锅水由集中下降管、对流管束下降管分别进入水冷壁下集箱、下锅筒20，接着下锅筒20中一部分锅水由集中下降管进入下集箱，其余部分锅水进入对流管束上升管，下集箱中的水进入水冷壁管，然后由水冷壁上集箱汽水引出管及对流管束汽水引出管进入上锅筒17，上锅筒17内设有汽水分离装置。

Claims

1.一种20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，它包括炉膛、两个旋风分离器、返料器、烟道；所述的炉膛由膜式水冷壁和布风板围合而成，水冷壁由水冷壁管形成的前后墙和侧墙及顶棚管组成，水冷壁下部设有一、二次风口，二次风口处设有喷嘴，炉膛上部设置有炉膛烟气出口；所述的两个旋风分离器与炉膛烟气出口相连接；所述的返料器与旋风分离器固体颗粒出口和炉膛下部分别相连接；旋风分离器烟气出口连接S型烟道，S型烟道连接尾部烟道，其特征在于：在炉膛内壁敷设了卫燃带；所述的用于送入二次风的喷嘴由两组或两组以上喷嘴组成，每组喷嘴有四个，分别布置于炉膛四角，喷嘴采用同一水平面切圆布置或错层切圆布置。

2.根据权利要求1所述的20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，其特征在于：所述的卫燃带敷设于炉膛密相区上部或稀相区中部，敷设高度为2-3m。

3.根据权利要求1所述的20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，其特征在于：所述的卫燃带敷设于炉膛密相区上部和稀相区中部，敷设高度为2-3m。

4.根据权利要求1所述的20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，其特征在于：所述的同组四角布置的四个喷嘴可设置在同一炉膛水平截面上，或错开设置在不同水平截面上，同一组喷嘴的中心线在同一炉膛水平截面内的投影应形成一个水平的切圆，且同组二次风喷嘴喷出的二次风在俯视图上为一切圆结构。

5.根据权利要求1所述的20t/h级高效燃烧福建无烟煤的循环流化床锅炉，其特征在于：所述的炉膛燃烧室为瘦高型结构，其比同容量、燃烧热值相近的烟煤的循环流化床锅炉高3-5m。